(57)【要約】      （修正有）【課題】大きな装置を用いることも発電効率が低下することもなく燃料電池からの水を簡単かつ効率よく回収できる、燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システムは、電気化学反応によって電気エネルギーを生成する燃料電池、燃料電池からの水を収容する水タンク４４、燃料電池からの水分を含む排気を水タンク４４内に導入するための導入口１１４ｂを有しかつ水タンク４４に接続される導入パイプ１０６、水タンク４４から排気するための排出口１１５を有しかつ水タンク４４に接続される排出パイプ１１０、および導入口１１４ｂよりも下方に位置しかつ水タンク４４の内部を上方空間１１８ａと下方空間１１８ｂとに区画するように水タンク４４内に設けられる区画部材１１６を備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気エネルギーを生成する燃料電池、
前記燃料電池からの水を収容する水タンク、
前記燃料電池からの水分を含む排気を前記水タンク内に導入するための導入口、
前記水タンクから排気するための排出口、および
前記導入口よりも下方に位置しかつ前記水タンクの内部を上方空間と下方空間とに区画するように前記水タンク内に設けられる区画部材を備える、燃料電池システム。
【請求項２】
前記区画部材は複数の貫通孔を有する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記区画部材は前記水タンクの内壁との間に間隙を有するように設けられる、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記水タンクの内壁と前記区画部材との前記間隙を垂直方向からみて塞ぐように前記区画部材と所定の間隙を有して前記水タンク内に設けられる突起部をさらに備える、請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記導入口と前記排出口とが前記水タンク内で対向しないように配置される、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記水タンク内の水位を検出するために前記水タンク内で前記区画部材よりも下方に設けられる水位センサをさらに備える、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記区画部材の上面が前記水タンク内の水面に対して傾斜するように前記区画部材が配置される、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
電気化学反応によって電気エネルギーを生成する燃料電池、
前記燃料電池からの水を収容する水タンク、および
前記燃料電池からの水分を含む排気を前記水タンク内に導入するための拡開された導入口を有しかつ前記水タンクに接続される導入パイプを備える、燃料電池システム。
【請求項９】
直接メタノール型燃料電池システムである、請求項１から８のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載の燃料電池システムを用いた、輸送機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は燃料電池システムおよびそれを用いた輸送機器に関し、より特定的には、燃料電池からの水を水タンクに収容する燃料電池システムおよびそれを用いた二輪車等の輸送機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池システムにおいて、燃料電池から排出される水を回収する技術が提案されている。
たとえば特許文献１には、燃料電池からの水分を含む燃料ガスを多数の仕切り板が配置される管路に導入する水回収装置が開示されている。特許文献１に開示されている水回収装置では、水分を含む燃料ガスを多数の仕切り板に衝突させつつ管路を進行させることによって、水と燃料ガスとを分離する。その後、水は水タンクに回収され、燃料ガスは排出口から排出される。
【特許文献１】特開２００２−１２４２９０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１の技術では、複数の仕切り板が配置される管路を備えた水回収装置を準備する必要があり、水回収のための装置が大型化してしまうという問題があった。
また、水分を含む燃料ガスを多数の仕切り板に衝突させつつ進行させるために、当該燃料ガスを管路に導入するエアポンプの出力を増大させる必要がある。その結果、エアポンプの消費電力が増大し、燃料電池システムの発電効率が低下してしまうという問題があった。
【０００４】
一方、特に直接メタノール型燃料電池システムにおいては、水タンクに流入する多量の水を効率よく回収し水溶液タンクに補給する必要がある。このとき、小型の水タンク内に燃料電池からの排気を導入すると、その排気の圧力で水タンク内の水が吹き飛んで排出されてしまい、水の回収率が低下するという問題があった。
【０００５】
それゆえに、この発明の主たる目的は、大きな装置を用いることも発電効率が低下することもなく燃料電池からの水を簡単かつ効率よく回収できる、燃料電池システムおよびそれを用いた輸送機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するために、請求項１に記載の燃料電池システムは、電気エネルギーを生成する燃料電池、燃料電池からの水を収容する水タンク、燃料電池からの水分を含む排気を水タンク内に導入するための導入口、水タンクから排気するための排出口、および導入口よりも下方に位置しかつ水タンクの内部を上方空間と下方空間とに区画するように水タンク内に設けられる区画部材を備える。
【０００７】
請求項２に記載の燃料電池システムは、請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、区画部材は複数の貫通孔を有することを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の燃料電池システムは、請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、区画部材は水タンクの内壁との間に間隙を有するように設けられることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の燃料電池システムは、請求項３に記載の燃料電池システムにおいて、水タンクの内壁と区画部材との間隙を垂直方向からみて塞ぐように区画部材と所定の間隙を有して水タンク内に設けられる突起部をさらに備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の燃料電池システムは、請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、導入口と排出口とが水タンク内で対向しないように配置されることを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の燃料電池システムは、請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、水タンク内の水位を検出するために水タンク内で区画部材よりも下方に設けられる水位センサをさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載の燃料電池システムは、請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、区画部材の上面が水タンク内の水面に対して傾斜するように区画部材が配置されることを特徴とする。
【００１３】
請求項８に記載の燃料電池システムは、電気化学反応によって電気エネルギーを生成する燃料電池、燃料電池からの水を収容する水タンク、および燃料電池からの水分を含む排気を水タンク内に導入するための拡開された導入口を有しかつ水タンクに接続される導入パイプを備える。
【００１４】
請求項９に記載の燃料電池システムは、請求項１から８のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、直接メタノール型燃料電池システムであることを特徴とする。
【００１５】
請求項１０に記載の輸送機器は、請求項１から９のいずれかに記載の燃料電池システムを用いたことを特徴とする。
【００１６】
請求項１に記載の燃料電池システムでは、水タンクの内部を区画するように区画部材を設けることによって、水分を含む排気が導入される上方空間と水が貯留される下方空間とが形成される。これによって、水タンク内に導入される当該流速の速い排気の大部分が区画部材に衝突し上方空間を旋回し、下方空間に貯留される水に与えられにくくなる。その結果、排気の旋回流によって水タンク内の水が掻き上げられ排出口から排出されることを防止できる。したがって、水タンクの容積を大きくして旋回流の速度を小さくせずとも、言い換えれば小型の水タンクであっても、簡単に効率よく水を回収できる。また、大型の水回収装置を要せず、当該装置を駆動するための電力も要しないため発電効率も低下しない。さらに、水タンク内の水量が下方空間の容積を超えた際には、上方空間に溢れ出る水が上方空間を廻る旋回流によって掻き上げられ排出口から排出されるので、実質的に水位を調整できる。したがって、水タンク内の水のオーバーフローを防止するための装置や当該装置を駆動するための電力が必要なく、この点からも発電効率は低下しない。
【００１７】
請求項２に記載の燃料電池システムでは、区画部材に複数の貫通孔が設けられることによって、上方空間に導入された水が複数の貫通孔を介して下方空間に流下しやすくなり、効率よく水を回収できる。また、燃料電池からの上方空間に導入される排気は熱を帯び水蒸気を含んでいる。区画部材に複数の貫通孔が設けられることによって、複数の貫通孔の容積の分だけ排気の冷却空間が大きくなるので、排気に含まれる水蒸気を液化させやすくなり、より多くの水を回収できる。
【００１８】
請求項３に記載の燃料電池システムでは、区画部材が水タンクの内壁との間に間隙を有するように設けられることによって、上方空間に導入された水が間隙を介して下方空間に流下しやすくなり、効率よく水を回収できる。
【００１９】
請求項４に記載の燃料電池システムでは、下方空間に旋回流が入り込み貯留された水を掻き上げようとしても突起部によって水の上昇が阻止されるので、上方空間に水が掻き上げられることがなく、効率よく水を回収できる。
【００２０】
請求項５に記載の燃料電池システムでは、導入口と排出口とが水タンク内で対向しないように両者の位置をずらせることによって、導入口から導入された水がすぐさま排出口へと導かれ排出されてしまうことを防ぎ、効率よく水を回収できる。
【００２１】
請求項６に記載の燃料電池システムでは、旋回流を受けにくく安定して水を貯留できる下方空間で水位センサが水タンク内の水位を検出するので、精度よく水タンク内の水位を検出できる。
【００２２】
請求項７に記載の燃料電池システムでは、区画部材の上面が水タンク内の水面に対して傾斜するように区画部材が配置されるので、上方空間に導入された水が区画部材上を流れ下方空間に流下しやすくなり、効率よく水を回収できる。
【００２３】
請求項８に記載の燃料電池システムでは、燃料電池からの水分を含む排気を拡開された導入口を有する導入パイプによって水タンク内に導入する。これによって、水タンク内に導入される際の当該排気の速度が小さくなりひいては水タンク内に生じる旋回流の速度が小さくなる。したがって、水タンク内の水が掻き上げられ難くなり、簡単に効率よく水を回収できる。
【００２４】
直接メタノール型燃料電池システムでは、燃料電池にメタノール水溶液が直接供給されるので改質器が不要となり、システムの構成を簡略化できる。このような理由から、直接メタノール型燃料電池システムは、携帯性を要する機器や小型化が望まれる機器に好適に用いられる。直接メタノール型燃料電池システムひいては直接メタノール型料電池システムが用いられる機器の小型化のためには、燃料電池から排出される水を小型の水タンクに効率よく回収する必要がある。この発明は、小型の水タンクであっても効率よく水を回収できるので、請求項９に記載するように携帯性を要する機器や小型化が望まれる機器に好適に用いられる直接メタノール型燃料電池システムにおいて特に有効となる。
【００２５】
水タンクを小さくできひいては燃料電池システム全体を小さくできるので、上述の燃料電池システムは請求項１０に記載するように輸送機器に好適に用いられる。
【発明の効果】
【００２６】
この発明によれば、小型の水タンクであっても、燃料電池から排出される水を簡単に効率よく回収できる。また、大型の装置を要せず、発電効率も低下しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。
図１〜図４に示すように、この発明の一実施形態の燃料電池システム１０は、直接メタノール型燃料電池システムとして構成される。直接メタノール型燃料電池システムは改質器が不要であるので、携帯性を要する機器や小型化が望まれる機器に好適に用いられる。ここでは、燃料電池システム１０を輸送機器の一例である自動二輪車に用いる場合について説明する。なお、図２には、自動二輪車について車体フレーム２００のみを示す。燃料電池システム１０は車体フレーム２００に沿って配置される。
【００２８】
図１を主に参照して、燃料電池システム１０は燃料電池１２を含む。燃料電池１２は、電解質１２ａと電解質１２ａを両側から挟むアノード（燃料極）１２ｂおよびカソード（空気極）１２ｃとを含む複数の直接メタノール型燃料電池セルを直列に接続（積層）した燃料電池セルスタックとして構成される。
【００２９】
また、燃料電池システム１０は、高濃度のメタノール燃料（メタノールを約５０ｗｔ％程度含む水溶液）Ｆを収容する燃料タンク１４を含み、燃料タンク１４は燃料供給パイプ１６を介してメタノール水溶液Ｓが収容される水溶液タンク１８に接続される。燃料供給パイプ１６には燃料ポンプ２０が介挿され、燃料ポンプ２０の駆動によって燃料タンク１４内のメタノール燃料Ｆが水溶液タンク１８に供給される。
【００３０】
燃料タンク１４には水位センサ１５が装着され、燃料タンク１４内のメタノール燃料Ｆの水位が検出される。また、水溶液タンク１８には水位センサ２２が装着され、水溶液タンク１８内のメタノール水溶液Ｓの水位が検出される。水溶液タンク１８は、水溶液パイプ２４を介して燃料電池１２のアノード１２ｂに接続される。水溶液パイプ２４には、上流側から水溶液ポンプ２６、冷却ファン２８を有する熱交換器３０および水溶液フィルタ３２が順に介挿される。水溶液タンク１８内のメタノール水溶液Ｓは、水溶液ポンプ２６によってアノード１２ｂに向けて供給され、必要に応じて熱交換器３０によって冷却され、さらに水溶液フィルタ３２によって浄化されてアノード１２ｂに供給される。
【００３１】
一方、燃料電池１２のカソード１２ｃにはエアポンプ３４がエア側パイプ３６を介して接続され、エア側パイプ３６にはエアフィルタ３８が介挿される。したがって、エアポンプ３４からの酸素を含む空気がエアフィルタ３８によって浄化されたのちカソード１２ｃに与えられる。
【００３２】
また、アノード１２ｂと水溶液タンク１８とはパイプ４０を介して接続され、アノード１２ｂから排出される未反応のメタノール水溶液Ｓや生成された二酸化炭素が水溶液タンク１８に与えられる。
【００３３】
さらに、カソード１２ｃにはパイプ４２を介して水タンク４４が接続される。パイプ４２には冷却ファン４６を有する気液分離器４８が介挿される。カソード１２ｃから排出される水分（水および水蒸気）を含む排気がパイプ４２を介して水タンク４４に与えられる。
【００３４】
また、水溶液タンク１８と水タンク４４とはＣＯ2ベントパイプ５０を介して接続される。ＣＯ2ベントパイプ５０にはメタノール水溶液Ｓを分離するためのメタノールトラップ５２が介挿される。これによって、水溶液タンク１８から排出される二酸化炭素が水タンク４４に与えられる。
【００３５】
水タンク４４には、水位センサ５４が装着され、水タンク４４内の水位が検出される。また、水タンク４４には排気ガスパイプ５６が取り付けられ、排気ガスパイプ５６から二酸化炭素とカソード１２ｃからの排気とが排出される。
【００３６】
水タンク４４は水還流パイプ５８を介して水溶液タンク１８に接続され、水還流パイプ５８には水ポンプ６０が介挿される。水タンク４４内の水は、水溶液タンク１８の状況に応じて必要なときに水ポンプ６０の駆動によって水溶液タンク１８へ還流される。
【００３７】
また、水溶液パイプ２４において、熱交換器３０と水溶液フィルタ３２との間には、バイパスパイプ６２が形成される。
【００３８】
図４をも参照して、さらに燃料電池システム１０においては、バイパスパイプ６２にメタノール水溶液Ｓの濃度を検出するための濃度センサ６４が設けられ、燃料電池１２の温度を検出するための温度センサ６６が燃料電池１２に装着され、外気温度を検出するための外気温度センサ６８がエアポンプ３４近傍に設けられる。
【００３９】
図４に示すように、燃料電池システム１０は制御回路７０を含む。
制御回路７０は、必要な演算を行い燃料電池システム１０の動作を制御するためのＣＰＵ７２、ＣＰＵ７２にクロックを与えるクロック回路７４、燃料電池システム１０の動作を制御するためのプログラムやデータおよび演算データ等を格納するための、たとえばＥＥＰＲＯＭからなるメモリ７６、燃料電池システム１０の誤動作を防ぐためのリセットＩＣ７８、外部機器と接続するためのインターフェイス回路８０、自動二輪車を駆動するモータ２０２に燃料電池１２を接続するための電気回路８２における電圧を検出するための電圧検出回路８４、電気回路８２を流れる電流を検出するための電流検出回路８６、電気回路８２を開閉するためのＯＮ／ＯＦＦ回路８８、電気回路８２の過電圧を防止するための電圧保護回路９０、電気回路８２に設けられるダイオード９２、および電気回路８２に所定の電圧を供給するための電源回路９４を含む。
【００４０】
このような制御回路７０のＣＰＵ７２には、濃度センサ６４、温度センサ６６および外気温度センサ６８からの検出信号が入力され、また転倒の有無を検知する転倒スイッチ９６からの検知信号や各種設定や情報入力のための入力部９８から信号が与えられる。さらに、ＣＰＵ７２には、水位センサ１５，２２および５４からの検出信号も与えられる。
【００４１】
また、ＣＰＵ７２によって、燃料ポンプ２０、水溶液ポンプ２６、エアポンプ３４、熱交換器用冷却ファン２８、気液分離器用冷却ファン４６および水ポンプ６０等の補機類が制御される。また、ＣＰＵ７２によって、各種情報を表示し、自動二輪車の搭乗者に各種情報を報知するための表示部１００が制御される。
【００４２】
また、燃料電池１２には二次電池１０２が並列接続される。二次電池１０２はモータ２０２にも並列接続される。二次電池１０２は、燃料電池１２からの出力を補完するものであり、燃料電池１２からの電気エネルギーによって充電され、その放電によってモータ２０２や補機類に電気エネルギーを与える。
【００４３】
モータ２０２には、モータ２０２の各種データを計測するためのメータ２０４が接続され、メータ２０４によって計測されたデータやモータ２０２の状況は、インターフェイス回路１０４を介してＣＰＵ７２に与えられる。
【００４４】
ここで、水タンク４４について詳しく説明する。
図２および図３に示すように、水タンク４４は、たとえばＦＲＰからなり、車体フレーム２００における配置箇所に対応するように小型に構成されかつその上部より下部の方を膨出させて構成される。
【００４５】
図５〜図９を参照して、水タンク４４には、それぞれたとえばＳＵＳ３０４等からなる導入パイプ１０６，１０８および排出パイプ１１０，１１２が嵌通するように取り付けられる。
【００４６】
導入パイプ１０６は、水タンク４４の前面やや上部から水タンク４４内に嵌通する円筒部１０６ａと水タンク４４内において下方に屈曲する略ラッパ状の拡開部１０６ｂとからなる。拡開部１０６ｂの導入口１１４ｂの開口面積は、円筒部１０６ａの入口１１４ａのそれより大きく設定される。円筒部１０６ａにはパイプ４２が接続される。
【００４７】
排出パイプ１１０は、水タンク４４の背面から水タンク４４内に嵌通する円筒状パイプであり、水タンク４４内において導入パイプ１０６の拡開部１０６ｂの上方に排出口１１５が位置するように設けられる。このように水タンク４４内において導入口１１４ｂと排出口１１５とが対向しないように、拡開部１０６ｂと排出パイプ１１０とが配置される。排出パイプ１１０には排気ガスパイプ５６が接続される。
【００４８】
導入パイプ１０８は、水タンク４４の上面角部から水タンク４４内に嵌通する円筒状パイプであり、水タンク４４内において排出パイプ１１０の上方に配置される。導入パイプ１０８にはＣＯ2ベントパイプ５０が接続される。
【００４９】
排出パイプ１１２は、水タンク４４の背面かつ底面近傍から水タンク４４内に嵌通する円筒状パイプであり、排出パイプ１１２には水還流パイプ５８が接続される。
【００５０】
したがって、カソード１２ｃからの水分を含む排気はパイプ４２を経由し導入パイプ１０６から水タンク４４内に導入される。水溶液タンク１８、ＣＯ2ベントパイプ５０を経由した二酸化炭素は、導入パイプ１０８から水タンク４４内に導入される。水タンク４４内の水は、排出パイプ１１２を経由して水還流パイプ５８に流入する。水タンク４４内の二酸化炭素を含む排気は排出パイプ１１０および排気ガスパイプ５６を通って外部に放出される。
【００５１】
さらに、水タンク４４内には区画部材（防風部材またはパーテション部材ともいう）１１６が設けられる。区画部材１１６は、たとえばＳＵＳ３０４からなり、略長方形かつ板状のセパレータ１１６ａと、セパレータ１１６ａに対して略直角に折り曲げられた取付部１１６ｂとからなる。セパレータ１１６ａが略水平になるように取付部１１６ｂが水タンク４４の一方側面内壁に取り付けられて、区画部材１１６が水タンク４４内に固定される。セパレータ１１６ａによって水タンク４４の内部が上方空間１１８ａと下方空間１１８ｂとに区画される。上方空間１１８ａ側には導入パイプ１０６，１０８および排出パイプ１１０が設けられ、下方空間１１８ｂ側には排出パイプ１１２が設けられる。
【００５２】
区画部材１１６の取付位置は、下方空間１１８ｂに水溶液タンク１８への補給に必要十分な水を収容できるような高さに設定される。また、図９に示すように、区画部材１１６が取付部１１６ｂを除いて水タンク４４の内壁と接触しないように、すなわちセパレータ１１６ａの外縁３辺と水タンク４４の対応する内壁３面とが間隙１２０を有するように、区画部材１１６が位置決めされる。
【００５３】
また、セパレータ１１６ａには、複数（ここでは２１個）の小径貫通孔１２２ａと複数（ここでは１３個）の大径貫通孔１２２ｂとが設けられる。小径貫通孔１２２ａは導入口１１４ｂと対向し導入口１１４ｂからの水分を含む排気の吐出箇所に集中的に設けられる。好ましくは、小径貫通孔１２２ａの直径は４ｍｍに、大径貫通孔１２２ｂの直径は６ｍｍに設定される。小径貫通孔１２２ａをこのような位置に設けることによって、下方空間１１８ｂ内への排気の進入を抑えつつ水を効率的に回収できる。
【００５４】
さらに、図６に示すように、下方空間１１８ｂ側の前面の内壁には、セパレータ１１６ａの下方かつセパレータ１１６ａと所定の間隙を有する位置に突起部（邪魔板）１２４が設けられる。突起部１２４は、垂直方向からみて水タンク４４の前面の内壁とセパレータ１１６ａとの間隙１２０を塞ぐように設けられる。
【００５５】
また、下方空間１１８ｂには、水タンク４４内の水位を検出するためのたとえばフロートセンサからなる水位センサ５４が設けられる。図８に示すように、水位センサ５４は、センサ本体５４ａとセンサ本体５４ａに取り付けられるフロート部５４ｂとを含む。水位センサ５４では、下方空間１１８ｂ内の水位の変化に伴ってフロート部５４ｂが浮動することによって、下方空間１１８ｂ内の水位を検出できる。
【００５６】
このような燃料電池システム１０の発電時の動作について説明する。
発電開始時には、水溶液タンク１８内に収容された高濃度のメタノール水溶液Ｓが水溶液ポンプ２６の駆動によって燃料電池１２に向けて送られ、必要に応じて熱交換器３０で冷却され、水溶液フィルタ３２によって浄化されてアノード１２ｂに供給される。一方、酸素を含む空気がエアポンプ３４の駆動によって燃料電池１２に向けて送られ、エアフィルタ３８によって浄化されカソード１２ｃに供給される。
【００５７】
燃料電池１２のアノード１２ｂでは、メタノール水溶液Ｓのメタノールと水とが電気化学反応して二酸化炭素と水素イオンとが生成され、生成された水素イオンは、電解質１２ａを通ってカソード１２ｃに流入する。この水素イオンは、カソード１２ｃに供給された空気中の酸素と電気化学反応して、水と電気エネルギーとが生成される。
【００５８】
燃料電池１２のアノード１２ｂで生成された二酸化炭素はパイプ４０、水溶液タンク１８、ＣＯ2ベントパイプ５０および導入パイプ１０８を通って水タンク４４に与えられ、排出パイプ１１０を介して排気ガスパイプ５６から排出される。
【００５９】
一方、燃料電池１２のカソード１２ｃで生成された水蒸気の大部分は液化して水となって排出されるが、飽和水蒸気分はガス状態で排出される。カソード１２ｃから排出された水蒸気の一部は、気液分離器４８で露点を下げることによって液化される。カソード１２ｃからの水分（水および水蒸気）ならびに未反応の空気はパイプ４２および導入パイプ１０６を経由して水タンク４４に与えられる。また、水のクロスオーバーによってカソード１２ｃに移動した水がカソード１２ｃから排出され水タンク４４に与えられる。さらに、メタノールのクロスオーバーによってカソード１２ｃで生成された水と二酸化炭素がカソード１２ｃから排出され水タンク４４に与えられる。
【００６０】
なお、水のクロスオーバーとは、アノード１２ｂで生成された水素イオンのカソード１２ｃへの移動に伴って、数モルの水がカソード１２ｃへ移動する現象である。メタノールのクロスオーバーとは、水素イオンのカソード１２ｃへの移動に伴って、メタノールがカソード１２ｃへ移動する現象である。カソード１２ｃにおいて、メタノールはエアポンプ３４から供給される空気と反応して水と二酸化炭素とに分解される。
【００６１】
このようなカソード１２ｃからの水分（水および水蒸気）を含む排気は、エアポンプ３４の駆動によって導入パイプ１０６の導入口１１４ｂから図５において矢印Ｗで示すように上方空間１１８ａに導入され、水タンク４４内には強い旋回流が生じる。排気の大部分は、区画部材１１６のセパレータ１１６ａと衝突して上方空間１１８ａを旋回し、下方空間１１８ｂにはさほど流れ込まない。導入口１１４ｂから上方空間１１８ａに導入された水は、セパレータ１１６ａの複数の小径貫通孔１２２ａおよび複数の大径貫通孔１２２ｂを通って流下するとともに、セパレータ１１６ａと水タンク４４の内壁との間隙１２０を通って流下し、下方空間１１８ｂに貯留される。下方空間１１８ｂに貯留される水が旋回流によって掻き上げられても図５において矢印Ｘで示すように突起部１２４に衝突するので、水が上方空間１１８ａに逆流しない。
【００６２】
水タンク４４に回収された水は、水ポンプ６０の駆動によって水還流パイプ５８を経由して水溶液タンク１８に適宜還流され、メタノール水溶液Ｓの水として利用される。
【００６３】
水タンク４４内の水量が下方空間１１８ｂの容積を超えた際には、上方空間１１８ａに溢れ出る水が旋回流によって掻き上げられ排気と共に排出口１１５から排出されるので、水タンク４４内の水量は常に適量となる。
【００６４】
気液分離器４８による水蒸気の液化動作は、冷却ファン４６を動作させ露点を下げることによって行われるが、この動作は水タンク４４に設けられた水位センサ５４からの出力に基づいて制御されてもよい。このようにすれば冷却ファン４６における消費電力を削減できる。
【００６５】
このような燃料電池システム１０によれば、区画部材１１６を設けることによって、上部空間１１８ａ内の排気の旋回流が下方空間１１８ｂに貯留される水に及び難くなり、旋回流によって水タンク４４内の水が掻き上げられ排出口１１５から排出されることを防止できる。
【００６６】
特に、自動二輪車では、小型の水タンクに多量の排気を供給するため、水タンク内の風速はかなり大きくなり、水タンク内の水が吹き飛ばされて排出されやすい。しかし、燃料電池システム１０では、区画部材１１６を用いることによって下方空間１１８ｂを平静に保つことができるので、不要な排水を防止でき、小型の水タンク４４に簡単に効率よく水を回収できる。
【００６７】
また、水タンク４４内に導入される水分を含む排気の速度を制御するための装置や当該装置を駆動するための電力が必要なく、発電効率は低下しない。
【００６８】
また、水タンク４４内の水量が下方空間１１８ｂの容積を超えた際には、上方空間１１８ａに溢れ出る水が上方空間１１８ａを廻る旋回流によって掻き上げられ排出口１１５から排出されるので、水タンク４４内の水位が自動的に制御される。
【００６９】
さらに、区画部材１１６のセパレータ１１６ａに複数の小径貫通孔１２２ａおよび複数の大径貫通孔１２２ｂが設けられることによって、上方空間１１８ａに導入された水が複数の小径貫通孔１２２ａおよび複数の大径貫通孔１２２ｂを通って下方空間１１８ｂに流下し、効率よく水を回収できる。また、複数の小径貫通孔１２２ａおよび複数の大径貫通孔１２２ｂの容積の分だけ上方空間１１８ａひいては冷却空間が大きくなるので、排気に含まれる水蒸気を液化させやすくなり、より多くの水を回収できる。
【００７０】
また、水タンク４４の内壁とセパレータ１１６ａとの間に間隙１２０を有するように区画部材１１６が設けられることによって、上方空間１１８ａに導入された水が間隙１２０を通って下方空間１１８ｂに流下し、効率よく水を回収できる。
【００７１】
さらに、下方空間１１８ｂに旋回流が入り込み貯留された水を掻き上げようとしても、突起部１２４によって水の上昇が阻止されるので、下方空間１１８ｂ内の水が掻き上げられて排出口１１５から排出されることがなく、効率よく水を回収できる。
【００７２】
また、導入口１１４ｂと排出口１１５とが水タンク４４内で対向しないように両者の位置をずらせることによって、水タンク４４内に導入された排気を一旦旋回させたのち放出できる。したがって、導入口１１４ｂから上部空間１１８ａに導入された水分を含む排気がすぐさま排出口１１５へと導かれ排出されてしまうことを防ぎ、効率よく水を回収できる。
【００７３】
一般に小型の水タンクでは、水タンク内に導入される排気の旋回流によって水タンク内の水面が波打つため、水位を精度良く検出できない。しかし、燃料電池システム１０では、区画部材１１６を設けることによって、下方空間１１８ｂは旋回流の影響をさほど受けず、下方空間１１８ｂに安定して水を貯留でき、水位センサ５４が水タンク４４内の水位を精度よく検出できる。
【００７４】
さらに、燃料電池１２からの水分を含む排気を導入パイプ１０６の拡開された導入口１１４ｂから水タンク４４内に導入するので、水タンク４４内に導入される水分を含む排気の速度が小さくなりひいては水タンク４４内に生じる旋回流の速度が小さくなる。したがって、水タンク４４内の水が飛散しにくくなり、効率よく水を回収できる。特に、自動二輪車の場合、燃料電池システム１０を小さく構成する必要上パイプ４２を太くできないので、流速が大きくなってしまうが、このような拡開された導入口１１４ｂを有する導入パイプ１０６を用いることによって、流速を効果的に抑制できる。
【００７５】
また、図１０に示すように、セパレータ１２６ａの表面が水タンク４４内の水面に対して傾斜するように区画部材１２６を水タンク４４内に固定してもよい。これによって、上方空間１１８ａに導入された水がセパレータ１２６ａの表面上を流れ下方空間１１８ｂに流下するので、さらに効率よく水を回収できる。
【００７６】
なお、セパレータに形成される貫通孔の大きさおよび数は、効率的に水を回収できるように、排気に含まれる水分の割合に基づいて調整すればよい。
【００７７】
また、水を上方空間１１８ａから下方空間１１８ｂへ流下できるとともに下方空間１１８ｂの水が強風によって吹き飛ばされないようにできる限りにおいて、区画部材は、なみ板、目の細かい網、目の粗い布等であってもよい。
【００７８】
さらに、突起部１２４は、垂直方向からみて間隙１２０のすべてを塞ぐように、水タンク４４内においてセパレータ１１６ａの下方かつセパレータ１１６ａと所定の間隙を有する位置に設けられてもよい。
【００７９】
また、燃料電池１２からの水分を含む排気を水タンク４４内に導入するための導入口、および水タンク４４から排気するための排出口は、それぞれ、水タンク４４の壁に設けられてもよい。
【００８０】
燃料電池システム１０は自動二輪車だけではなく、自動車、船舶等の任意の輸送機器にも好適に用いることができる。
【００８１】
この発明は、メタノール水蒸気改質器搭載タイプの燃料電池システムや水素を燃料電池に供給するタイプの燃料電池システムにも適用できる。また、この発明は、小型の据え付けタイプの燃料電池システムにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】この発明の燃料電池システムの要部を示す図解図である。
【図２】自動二輪車のフレームに燃料電池システムを搭載した状態を示す斜視図である。
【図３】燃料電池システムの要部を示す図解図である。
【図４】燃料電池システムの電気的構成を示すブロック図である。
【図５】水タンクおよびその近傍を示す側面図である。
【図６】水タンクおよびその近傍を示す断面図解図である。
【図７】水タンクおよびその近傍を示す平面図である。
【図８】水タンクおよびその近傍を示す背面図である。
【図９】図５におけるＡ−Ａ断面図である。
【図１０】内部に区画部材が傾斜配置された水タンクおよびその近傍を示す側面図である。
【符号の説明】
【００８３】
１０      燃料電池システム
１２      燃料電池
１５，２２，５４      水位センサ
３４      エアポンプ
４０，４２      パイプ
４４      水タンク
５０      ＣＯ2ベントパイプ
５６      排気ガスパイプ
５８      水還流パイプ
１０６，１０８      導入パイプ
１１０，１１２      排出パイプ
１１４ｂ      導入口
１１５      排出口
１１６，１２６      区画部材
１１８ａ      上方空間
１１８ｂ      下方空間
１２０      間隙
１２２ａ      小径貫通孔
１２２ｂ      大径貫通孔
１２４      突起部
２００      車体フレーム
２０２      モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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